双PCM蓄热体 曹皖皖
学习翻译
一种新型双PCM蓄热体的数值研究结构
以无机盐和金属合金填充为PCM
摘要
本文提出了一种以无机盐和金属合金为填料的新型双pcm TES结构。管在无机盐PCM中嵌入金属封装的PCM，既可作为蓄热材料，又可作为蓄热材料用于从无机盐PCM中快速存储或释放热量的传输增强单元。通过比较加固效果金属PCM和固体金属，金属PCM对TES储罐有明显的强化作用。数值模拟结果表明插入金属PCM封装的高导热管后，TES罐的充电时间为明显减少了。温度和流线分布表明，液态金属中的自然对流速度较快将热源的热量传递到低温无机盐中，金属PCM的强化效果优于固体金属。
关键词:PCM;测试工程师;数值研究;蓄热;蓄热体;
1. 介绍
太阳能热发电技术与其他应用相比，CSP技术相对成熟，成本相对较低，热电转换部分与传统的热电机组相同。因此,它是尤其适合大规模集中火力发电，是最有前途的一种可再生能源发电形成。此外，CSP还可以解决能源供应不匹配的问题电力需求，这通常是遇到的其他可再生能源技术，通过整合热能储能(TES)系统。主要的CSP电站及其储能系统如表1所示。主要有三个方面储能技术的技术路线:感热储能、潜热(相变)储能和化学储能蓄热。
表1 主要CSP电站蓄热系统概述
CSP项目 国别 安装容量(MW) TES容量
Andasol 1-3 ESP 槽50*3 7.5小时双槽熔盐蓄热
净化1A-1B ESP 槽50*2 8小时双槽熔盐蓄热
Arcosol 50 ESP 槽50 7.5小时双槽熔盐蓄热
Manchasol 1-2 ESP 槽50*2 7.5小时双槽熔盐蓄热
Kaxu太阳能一号 RSA 槽100个 2.5小时双槽熔盐蓄热
索拉纳 美国 槽280 6小时双槽熔盐蓄热
阿基米德塔 槽5 - 8小时双槽熔盐蓄热
Gemasolar ESP 塔20 - 15小时熔盐蓄热
PS20 电除尘器塔20 1小时蓄热
美国新月沙丘塔110号 10小时熔盐蓄热
表1 蓄热器的实际尺寸和结构
目前，广泛应用的PCMs主要包括无机盐、无机金属和有机材料。无机盐具有较高的相变温度和相对稳定的热物性，但其热物性较差无机盐的导热系数通常较低。因此，有必要在此之前加强其传热能力应用于实际工程项目。
2. 数学模型
本文将TES储罐简化为圆柱形储罐单元，如图1所示。坦克被分成两部分分区:A区为内柱状材料区，B区为外环材料区。这个结构是为了增加储罐与外部传热流体(HTF)之间的对流。模拟了该单元的总体尺寸本研究如图1(单位mm)所示。整个蓄热体的底面为对流热传递面，而侧表面和顶表面是绝热的。
3.结果与讨论
数值模拟前，分别用0.05s、0.1s、0.2s值检验时间步长独立性分别。
图2所示。PCM-M液相组分在三个时间步长的变化
图2为三种时间步长下A区PCM-M液相组分的变化情况，可以为可见，时间步长对计算结果的影响很小。在后面的仿真中，选择0.2s随着时间的脚步。
图3所示。三种情况下PCM-S液相分数的变化。
图3可以可以看出，案例3中的PCM-S完全熔化的时间最短。情形2和情形1几乎相同相变时间。
（a)液相分数
图4 (a)为case3中PCM-S和PCM-M液体组分随时间的变化情况和(b)表示流入PCM-M和PCM-S的热流的变化。0-5400s是阶段1,5400s-13000s是阶段2,13000s之后是阶段3。可以看出，蓄热PCM-M过程和PCM-S过程同时启动。第一阶段的PCM-M在4250秒时完全熔化，第二的pcm在13600秒时完全熔化。
(b)热流密度
图4所示。PCM-M和PCM-S的液相分数和热流密度的变化
从图4(b)可以看出在第一阶段，PCM-S和PCM-M都处于相变过程中。在第二阶段，只有PCM-S还在相变状态。PCM-M只是将热源的热流传递给PCM-S，只需要少量的热量增加它的温度。在第三阶段，PCM-M和PCM-S都处于液相，由于容量小，两种PCM的温度迅速升高。
图5为病例3在2700s, 9720s, and时的PCM-M和PCM-S的温度和流线分布15180年代。从图中可以看出，在熔化的PCM内部形成了自然对流。
图5所示。事例3中不同时间的温度分布和流场分布
4. 结论
在无机盐PCM中插入用金属PCM封装的管状结构，起到蓄热的作用用于从无机盐PCM中快速存储或释放热量的材料和传热增强装置。通过对比相变金属与固体金属的加固效果，相变金属具有明显的加固效果强化效果TES罐。数值模拟结果表明，插入金属封装管后PCM具有高导热性，大大缩短了TES罐的充电时间。温度和流线分布表明，液态金属内部的自然对流可以快速地将热量从热源传递到热源低温无机盐对金属PCM的增强作用优于固体金属。而金属PCM则很大蓄热能力大，这样可以保证总潜热蓄热量不会降低。
确认
本研究由国家自然科学基金(No. 51522602)资助中央高校基础研究基金(编号:2018ZD04)
閱讀更多 太陽張12035 的文章
